比例电磁铁

比例电磁铁概述比例电磁铁作为电液比例控制元件的电一机械转换器件，其功能是将比例控制放大器输给的电流信号转换成力或位移。

比例电磁铁推力大、结构简单，对油质要求不高，维护方便，成本低廉，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制技术中应用最广泛的电一机械转换器。

比例电磁铁的特性及工作可靠性，对电液比例控制系统和元件具有十分重要的影响，是电液比例控制技术关键部件之一。

电液比例控制技术对比例电磁铁提出了一定的要求，主要有:1)水平的位移一力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定。

2)稳态电流一力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。

3)阶跃响应快，频响高。

比例电磁铁的结构和工作原理虽然目前国内外市场中比例电磁铁的品种繁多，但其基本的结构和原理大体相同。

图1所示即为一典型的耐高压比例电磁铁的基本结构。

图1 比例电磁铁结构图图2比例电磁铁力-位移特性图由图1可知，典型的耐高压比例电磁铁主要由导套、衔铁、外壳、极靴、线圈、推杆等组成。

导套前后两段为导磁材料，中间则用一段非导磁材料(隔磁环)焊接。

导套具有足够的耐压强度(约可承受35MPa的静压力)。

导套前段和极靴组合，形成带锥型端部的盆型极靴，其相对尺寸决定了比例电磁铁稳态特性曲线的形状。

导套和壳体之间配置同心螺线管式控制线圈。

衔铁的前端装有推杆，用以输出力或位移;后端装有弹簧和调节螺钉组成的调零机构，可以在一定范围内对比例电磁铁特性曲线进行调整。

比例电磁铁一般为湿式直流控制，与普通直流电磁铁相比，由于结构上的特殊设计，使之形成特殊的磁路，从而使它获得基本的吸力特性，即水平的位移一力特性，与普通直流电磁铁的吸力特性有着本质区别。

比例电磁铁的磁路，在工作气隙附近被分成两部分Φ1和Φ2，如图３(a)所示。

其中，一条磁路中Φ1由前端盖盆型极靴底部，沿轴向工作气隙，进入衔铁，穿过导套后段和导磁外壳回到前端盖极靴，产生轴向推力(端面力)F1;而另一磁路Φ2经盆型极靴锥形周边(导套前段)，径向穿过工作气隙进入衔铁，而后与Φ1汇合，产生轴向附加力F2。

单向比例电磁铁典型的耐高压单向比例电磁铁结构原理图如图1所示，它主要由推杆1、衔铁7、导向套10、壳体11、轭铁13等部分组成。

导向套10前后两段为导磁材料（工业纯铁），导向套前段有特殊设计的锥形盆口。

两段之间用非导磁材料（隔磁环9）焊接成整体。

筒状结构的导向套具有足够的耐压强度，可承受35MPa的液压力。

壳体11与导向套10之间配置同心螺线管式控制线圈3。

衔铁7前端所装的推杆1用以输出力或位移，后端所装的调节螺钉5和弹簧6组成调零机构。

衔铁支撑在轴承上，以减小粘滞摩擦力。

比例电磁铁通常为湿式直流控制（内腔要充入液压油），使其成为衔铁移动的一个阻尼器，以保证比例组件具有足够的动态稳定性。

工作时，线圈通电后形成的磁路经壳体、导向套、衔铁后分为两路，一路由导向套前端到轭铁而产生斜面吸力，另一路直接由衔铁断面到轭铁而产生表面吸力，二者的合成力即为比例电磁铁的输出力（见图2）。

由图2可以看到，比例电磁铁在整个行程区内，可以分为吸合区I、有效行程区II和空行程区III三个区段：在吸合区I，工作气隙接近于零，输出力急剧上升，由于这一区段不能正常工作，因此结构上用加不导磁的限位片（图1中的12）的方法将其排除，使衔铁不能移动到该区段内；在空行程区III工作气隙较大，电磁铁输出力明显下降，这一区段虽然也不能正常工作，但有时是需要的，例如用于直接控制式比例方向阀的两个比例电磁铁中，当通电的比例电磁铁工作在工作行程区时，另一端不通电的比例电磁铁则处于空行程区III；在有效行程区（工作行程区）II，比例电磁铁具有基本水平的位移动特性，工作区的长度与电磁铁的类型等有关。

比例电磁铁具有与位移无关的水平的位移－力特性，一定的控制电流对应一定的输出力，即输出力与输入电流成比例（见图3），改变电流即可成比例改变输出力。

由图3可看到，当电磁铁输入电流往复变化时，相同电流对应的吸力不同，一般将相同电流对应的往复输入电流差的最大值与额定电流的百分比称为滞环。

比例电磁铁电液比例控制技术对比例电磁铁提出了一定的要求，主要有：a)水平的位移力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定。

b)稳态电流——力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。

c)阶跃响应快．频响高。

1.1 结构与水平吸力特性图0.1 耐高压直流比例电磁铁的结构和特性a)传统电磁铁的吸力特性；b)比例电磁铁的特性的形成——2种吸力特性的叠加；c)形成2种吸力特性的结构因素——隔磁环；d)分3个区段——用小隔磁环来消除第1区段，第2区段为水平吸力区，第3区段为辅助工作区；e)调零弹簧对输入输出特性的影响；f)电磁铁工作状态:湿式,耐高压,动铁前后通油孔改善动态特性。

1.2 稳态控制特性图0.2 不带位移反馈比例电磁铁位移——力特性图0.3 不带位移反馈比例电磁铁电流——力特性图0.4 带位移闭环的比例电磁铁的稳态特性1.3 力控制型与位置控制型：结构与特性的对比力控制型——与输入信号成比例的是输出力；位置控制型——与输入信号(电压)成比例的不是输出力!而是动铁位移（具体力的大小由负载需要定——在最大吸力之内）行程调节型——力控制性的变种（由弹簧转化为位移） 比较关系如下表：结构输入输出特性使用 力控制型 电流--- 输出力 输出力只与输入电流成正比工作区内与衔铁位移无关行程较短，用于先导级行程控制型 力控制型+负载弹簧，结构完全相同，只是使用上的区别电流--力----位移输出位移与输入电流成正比 输出行程较大，多用于直控阀 位置调节型力控制型+位移传感器，增加了动铁位置小闭环电流--- 衔铁位置衔铁位置与输入电流成正比与所受反力无关*有动铁位置反馈闭环 *用于控制精度要求较高的直控阀1.4 结构对性能的影响a) 动铁的阻尼通道； b) 反比例；c) 双向激励线圈，湿式，双向输出,无零位死区； d) 排气。

举例某电磁铁的规格如下表：电磁铁规格 035 045 060 新发展输出力 N 55 75 135 行程 mm 2+2 3+3 4+4额定电流 mA 680 810 11102500--3700常态电阻 Ω 24.6 2116.7电压V24。

比例电磁铁
比例电磁铁是一种能够按照一定的比例来产生电磁力的装置。

这种类型的电磁铁通常由绕组、铁芯和电源组成。

绕组是一个由导线制成的线圈，通常绕在一个铁芯上。

当电流通过绕组时，会产生一个磁场。

磁场的强度与电流的大小成正比。

铁芯的作用是增强磁场的强度。

铁芯通常由铁制成，因为铁具有较高的磁导率，能够有效地集中和增强磁场。

电源提供了电流给绕组，从而产生磁场。

电源可以是直流电源或交流电源，具体取决于应用需求。

比例电磁铁的原理是根据安培定律，电流通过绕组时会产生一个磁场，磁场与电流的关系为磁场强度等于电流乘以绕组的匝数。

因此，通过控制电流的大小和绕组的匝数，可以实现按照一定比例来产生电磁力。

比例电磁铁在工业和科学研究领域有广泛的应用。

例如，它可以用于控制和调节机械系统的运动，如电磁阀、电磁刹车等。

此外，比例电磁铁还可以用于制造精密仪器和设备，如电流表、磁力计等。

一、比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输出流量或压力这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力的无级调控─同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某一时间段内的连续性变化等。

二、比例电磁铁必须具有水平吸力特性,即在工作区内，其输出力的大小只与电流有关，与衔铁位移关，若电磁铁的吸力不显水平特性，弹簧曲线与电磁力曲线族只有有限的几个交点，这意味着不能进行有效的位移控制.在工作范围内,不与弹簧曲线相交的各电磁力曲线中,对应的电流在弹簧曲线以下，不会引起衔铁位移;在弹簧曲线以上时，若输出这样的电流，电磁力将超过弹簧力，将衔铁一直拉到极限位置为止。

相反，若电磁铁具有水平特性，那么在同样的弹簧曲线下，将与电磁力曲线族产生许多交点。

在这些交点上,弹簧力与电磁力相等，就是说，逐渐加大输入电流时，衔铁能连续地停留在各个位置上。

三、比例阀，又称电液比例阀，是一种介于通断控制与伺服控制之间的新型电液控制元件。

是根据电信号连续的、按比例地控制液压系统中的压力、流量、方向，并可以防止液压冲击。

由于其结构设计、工艺性能、使用价格都介于通断控制元件和伺服控制之间，近年来得到广泛应用。

控制原理:当电信号输入其电磁系统中，便会产生与电流成比例的电磁推力，该推力控制相应元件和阀芯，导致阀芯平衡系统调定的压力，使系统压力与电信号成比例。

如输入电信号按比例或一定程序变化,则系统各参数也随着变化.比例阀一般采用两端承压面积不等的差径活塞结构。

工作原理如图12-9所示，比例阀不工作时,差径活塞2在弹簧3的作用下处于上极限位置。

此时阀门1保持开启,因而在输入控制压力P1与输出压力P2从零同步增长的初始阶段，总是P1=P2.但是压力P1的作用面积为A1=π（D2-d2）/4，压力阀的作用面积为A2=πd2/4，因而A2〉A1，故活塞上方液压作用力大于活塞下方液压作用力.在P1、P2同步增长过程中当活塞上、下两端液压作用之差超过弹簧3的预紧力时，活塞便开始下移。

比例电磁铁前面多次提到过在比例阀中占很重要地位的驱动控制部分――将电信号转换为位移信号的电-机械转换器。

那么此节将对它作一个详细的介绍。

液压控制系统中最主要的被控参数是压力与流量，而控制上述两个参数的最基本手段是对流阻进行控制。

一种控制流阻的技术途径是直接的电液转换。

它是利用一种对电信号有粘性敏感的流体介质一电粘性液压油，实现电液粘度转换，从而达到控制流阻、实现对系统的压力和流量控制的目的。

显然，这种流阻控制方式更为简便，它无需电－机转换元件。

但是目前这种技术还未达到实用阶段和要求。

目前生产技术上能实现的可控流阻结构形式是通过电-机械转换器实现间接的电-液转换。

将输入的电信号转换成机械量。

这种电-机械转换器是电液比例阀的关键组件之一，它的作用是把经过放大后的输入信号电流成比例的转换成机械量。

根据控制的对象或液压参数的不同，这个力或者传给压力阀的一根弹簧，对它进行预压缩，或者输出的力、力矩与弹簧力相比较，产生一个与电流成比例的小位移或转角，操纵阀芯动作，从而改变可控流阻的液阻。

可见，电一机转换器是电液比例阀的驱动装置。

它的静态，动态特性对整个比例阀的设计和性能起着重要的作用。

电-机械转换器分类a. 按其作用原理和磁系统的特征分，主要有：电磁式、感应式、电动力式、电磁铁式、永磁式、极化式；动圈式、动铁式；直流、交流。

b. 按其结构形式和性能分，主要有：开关型电磁铁、比例电磁铁、动圈式马达、力矩马达、步进电动机等。

比例电磁铁本设计属于电液比例阀一大类，顾名思义其应用的电-机械转换器应是比例电磁铁。

比例电磁铁的功能是将比例控制放大器输出的电信号转换成力或位移。

比例电磁铁推力大，结构简单，对油液清洁度要求不高，维护方便，成本低，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制元件中广泛应用的电-机械转换器件。

比例电磁铁的特性及工作可靠性，对电液比例控制系统和元件的性能具有十分重要的影响，是电液比例控制系统的关键部件之一。

比例电磁铁imageimage简介比例电磁铁是一种通过电流在导线中产生磁场的装置。

它由一个螺线管或电磁铁芯以及通电的导线组成。

当电流通过导线时，会产生一个磁场，这个磁场在比例电磁铁中被放大。

比例电磁铁被广泛应用于各种领域，如科学研究、工业制造、教学实验等。

它具有可控性强、重量轻、安装简便等特点，因此在实践中得到了广泛应用。

原理比例电磁铁的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定理。

根据法拉第电磁感应定律，当导体中有一个变化的磁场时，会产生感应电动势，从而导致电流的变化。

而安培环路定理则描述了电流会产生一个磁场。

比例电磁铁利用这两个定律，通过导线中的电流产生磁场，并在电磁铁内放大。

导线中的电流通过线圈产生的磁场可以叠加产生更强大的磁场。

结构比例电磁铁通常由以下几部分组成：1.螺线管/电磁铁芯：螺线管是由绕在芯上的导线组成，电磁铁芯则是填充在螺线管内部的材料，如铁、镍等。

它们的作用是集中磁场，增强磁场强度。

2.导线：导线通过通电产生电流，进而产生磁场。

通常使用铜线或铝线作为导线。

3.电源：电源为比例电磁铁提供电流。

可以是直流电源或交流电源，具体选择根据实际需求而定。

4.支架/固定装置：用于支撑和固定比例电磁铁，确保其稳定运行。

应用比例电磁铁在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1.科学研究：比例电磁铁可用于物理实验或磁场研究。

例如，在研究磁场对物体的影响时，可以使用比例电磁铁模拟不同强度的磁场。

2.工业制造：比例电磁铁在工业制造中被用作电磁吸盘、电磁制动器、电磁驱动器等设备的核心组件。

通过控制比例电磁铁的电流，可以实现对设备的精准控制。

3.教学实验：比例电磁铁是物理实验教学中常用的实验装置之一。

学生可以通过实际操作来理解电流、磁场与力的相互作用关系。

4.医疗设备：比例电磁铁广泛应用于医疗设备中，如磁共振成像（MRI）设备。

通过控制比例电磁铁的磁场强度和方向，可以对人体进行高清晰度的成像。